Минеральные и термальные воды

В 2014 году вышла моя книга Этюды о воде.Это научно популярное издание, рассчитанное на школьников старших классов и студентов первых курсов. Как оказалось, писать популярные книги куда трудней, чем чисто научные. Зато я был вознагражден перепечаткой отдельных этюдов в других изданиях. Например в сборнике Многогранная геология. Может быть она будет интересна и отдельным взрослым читателям.

Этюд 6.  МИНЕРАЛЬНЫЕ И ТЕРМАЛЬНЫЕ ВОДЫ

                “Врачую тело свое водами, а подданных примерами”
                Петр I лейб-медику Р.К. Арескину

               Минеральными считаются только те воды, которые имеют лечебный (терапевтический, бальнеологический) эффект. О лечебных свойствах некоторых типов подземных вод было известно еще в глубокой древности. Вероятно, самым древним свидетельством о существовании и организации лечения минеральными водами служит древнегреческий город Эпидавр, расположенный на северо- востоке полуострова Пелопоннес. Сам город по легенде был основан Асклепием (Эскулапом). Археологи считают, что он существовал еще в минойскую эпоху. В связи с развитием культа Асклепия в VI – Vвеке до н.э., в городе был построен великолепный храм Асклепия и создан удивительный курорт.

                Археологи открыли в городе ряд уникальных сооружений. Одно из них представляло собой двойную круглую колоннаду, в центре которой был колодец – источник с железистой водой. Вода из источника самотеком поступала в окружающие бассейн коридоры, а оттуда в облицованный и закрытый мраморными плитами круглый бассейн из которого брать воду могли только врачи и жрецы Асклепия. Далее она переливалась  в кольцевой бассейн, пользоваться водой которого могли все желающие. Античные рекреанты могли прогуливаться по дорожкам между колоннами  и, вероятно, по саду, без которого трудно представить курорт. Кроме водного лечения больным делали и операции, поскольку при раскопках обнаружилось масса хирургических инструментов.

                Древние греки считали, что одновременно с телом надо было лечить и душу. Для этой цели был построен театр, рассчитанный примерно на 14 тысяч зрителей. Даже в современное время он поражает специалистов великолепной акустикой: шепотом сказанное на сцене слово отлично слышно в самых верхних рядах. Театральные представления должны были вызывать у зрителей максимум эмоций, приводящих к катарсису (слово катарсис с древнегреческого переводится как возвышение, очищение, оздоровление). То есть греки придавали большое значение психотерапии.

                Заметим, что все эти открытия были сделаны чисто эмпирически. Собственно на эмпирике базировалась вся так называемая «народная» медицина», накапливающая свои знания тысячелетиями. К сожалению, современная научная медицина почти полностью отказалась от её огромного опыта. Сейчас редко используются например траволечение и вся современная фармакология базируется на производстве синтетических препаратов, имеющих массу побочных эффектов. Иными словами один орган лечат, а другой калечат. Но вот водолечение мало изменилось, хотя его перевели на научные рельсы.

                Большое разнообразие химического состава побудило гидрохимиков создать десятки классификаций минеральных вод. Разобраться в их особенностях могут только специалисты. Самые общие принципы выглядят следующим образом. Минеральные воды различают по признакам: общей минерализации,  ионному и газовому составу, наличие в воде фармакологических (терапевтически) активных веществ – микроэлементов, радиоактивности (концентрации радона), реакции воды рН, температуры. Все минеральные воды проходят строгие клинические испытания. Только на их основании можно сказать, какие воды являются лечебными, а какие столовыми, пригодными для всеобщего использования. К последним относятся широко известные воды: Нарзан, Боржоми, Дарасун, Крымская минеральная и другие.

                Каждое месторождение лечебных минеральных вод можно назвать щедрым даром природы человеку. Искусственно воспроизвести лечебную минеральную воду со всеми ее микрокомпонентами и, главное, присущей ей структурой, невозможно. А, больные, между тем, излечиваются натуральной водой от самых разнообразных болезней, без всяких таблеток и порошков. Ряд месторождений, поэтому, приобрел всемирную известность. На базе этих месторождений созданы курорты, приносящие огромные доходы. Возникли целые курортные города, целиком зависящие от продажи воды. Ведь она в буквальном смысле кормит врачей, гостиничный  и ресторанный бизнес, транспорт, торговлю сувенирами и т. д. Но далеко не все государства могут похвастаться таким богатством. Скажем в Западной Европе не так много месторождений лечебных вод. Назовем самые известные из них, имеющие историю в сотни и тысячи лет.

                Баден-Баден (нем. Baden-Baden,) — город в Германии, в земле Баден-Вюртемберг. Расположен по берегам реки Ос на западных склонах Шварцвальда. Население составляет около 54 тыс. человек. Знаменитое курортное место. До 1931 года город назывался Баден, но люди часто говорили: «Баден в Бадене» (регион Баден), и так возникло нынешнее двойное название Баден-Баден. Курорт Баден-Баден известен своими горячими источниками, которые использовались ещё древними римлянами. В Баден-Бадене сохранились развалины римских бань.

                Расцвет курорта произошел в XVIII веке и связан он с Россией. Оздоровительному и культурному паломничеству русской аристократии на немецкий бальнеокурорт положил начало брак, заключенный в XVIII веке между наследником российской короны Александром Павловичем  (Алесандр I) и баденской принцессой Луизой — будущей императрицей Елизаветой Алексеевной. Именно с этого времени представители русских аристократических фамилий — Гагарины, Волконские, Вяземские, Меншиковы и Трубецкие — посещают его в курортные сезоны. В XIX веке местным водам и климату суждено было сыграть особую роль в русской литературе: Гоголь, Толстой, Фёдор Достоевский и Иван Тургенев нередко приезжали сюда в период создания своих лучших произведений. В 1852 г. в Баден-Бадене умер (и был временно похоронен) Василий Андреевич Жуковский, в 1878-м — князь Петр Андреевич Вяземский. В жизни П. А. Вяземского город вообще был роковым — в Баден-Бадене скончались двое его лучших друзей, дочь, внук и жена. Бывал здесь и Антон Павлович Чехов.

                В Баден- Бадене построены прекрасные театры, открыты музеи (в том числе ювелира Карла Фаберже), более десятка храмов ( в том числе и русский православный), сохранились средневековые замки маркграфов. Действует одно из старейших в Европе казино. Город славится великолепными, ухоженными парками. Сохранились замки Баденских маркграфов XV –XVI века.


                Спа. Известность воды Спа в VII веке подтверждена сказочными легендами, которые подчеркивали ее чудодейственную силу и волшебные свойства. В далекие Средние века эту воду принимали за чудесный напиток и не воспринимали ее как простую воду. Только в 1583 году в местечке Льеж, что в предгорьях Арденн воду Спа начинают разливать в бутылки. Известные на весь мир люди, приезжающие на источник Льеж помогали известности и популярности магических сил воды Спа. К примеру, Мишель Монтень, который прославился своими знаменитыми «Опытами», посещал этот курорт в 1580 году; а король Франции Генрих III – в 1583. Шведский король Густав III  побывал на источниках в1780 г.; российский император Петр Великий – в 1717 году. Помнят здесь и Декарта, знаменитого французского философа с 1645 года, а короля Франции Луи – Филиппа с 1787 года, сестру Наполеона Полину Бонапарт (1812 г.). С источником Спа связывают и посещение его победителем при Ватерлоо герцогом Веллингтоном (1818г.), русским царем Николаем I, писателями Виктором Гюго, Александром Дюма, композитором Жаком Оффенбахом и другими знаменитостями.

               Городок Спа насчитывает около 11 тысяч человек, проживающих на площади в 40 квадратных километров. Находится он в Арденнах. Геотермальный курорт Спа подойдет людям страдающим нарушением сердечно-сосудистой системы, заболеваниями опорно-двигательного аппарата и гинекологическими заболеваниями. Для лечения всех вышеперечисленных недугов на курорте Спа имеется 7 основных термальных источников, вода в которых насыщена железом и углекислотой. Кстати, курорт не стоит на месте, постоянно строятся новые оздоровительные комплексы и базы. А знаменитая минеральная вода Спа является одним из предметов бельгийского экспорта. В городке имеется ряд архитектурных памятников, музеев, первоклассных гостиниц. Рядом находится знаменитая трасса для гонок Формулы-1.

                Виши; (фр. Vichy) — французский город, расположенный в департаменте Алье региона Овернь, к юго-востоку от Парижа. Наличие брода через реку Flumen Elaver (река Алье) и открытие термальных источников побудили римлян основать небольшое поселение рядом с мостом, по которому должен был проходить Юлий Цезарь в 52 году до н. э., отступая от Герговии. На протяжении двух первых столетий нашей эры это поселение процветало, благодаря своим термальным источникам. Начиная с конца XVI века в Виши стали приезжать курортники и его минеральные источники вскоре приобрели широкую известность. В 1799 году в Виши принимала лечебные процедуры мать Наполеона I Летиция Рамолино, посетившая курорт в сопровождении своего сына Луи. В период Первой империи по указу Императора от 1812 года в Виши был заложен Парк источников, существующий и в наше время.

                В 1903 году были торжественно открыты Оперный театр, Павильон источников и Большой термальный комплекс в восточном стиле, холл которого был декорирован художником Альфонсом Осбером в 1902—1904 годах. В 1900 году Виши принял 40000 курортников, а накануне Первой мировой войны Виши посетили уже около 100000 человек. Пик популярности бальнеологического курорта пришёлся на 1930-е годы. Успех бальнеологических процедур заставил Концессионное общество, управляющее курортом, снова наращивать его мощность, построив термальные центры Bains Callou и Bains Lardy. Оперный театр, построенный в стиле модерн и открытый в 1903 году, принимал на своей сцене самых знаменитых мировых талантов той эпохи: то есть Виши стал летней музыкальной столицей Франции.

                Благодаря усилиям мэра Пьера Кулона (1950—1967) было создано озеро Алье (наполнение водой состоялось 10 июня 1963 года) и построен Парк, охватывающий все виды спорта (1963—1968), в результате чего город получил облик, существующий в наше время. Начиная с 1989 городе была успешно проведена важная программа реконструкции и модернизации; был реорганизован центр города с устройством пешеходных зон, был модернизирован и приведён в порядок гостиничный сектор, реконструированы и отремонтированы водолечебницы, возведён центр бальнеотерапии, деятельность которого направлена на поддержание формы и хорошего самочувствия, выполнена инвентаризация архитектурного наследия, создан конгресс-центр в помещении бывшего казино, выполнены реставрационные работы в оперном театре. Местные столовые минеральные воды получили мировую известность (источники Vichy C;lestins, Vichy Saint-Yorre), но не менее известны пастилки Виши, которые изготавливаются методом выпаривания солей из родниковых вод Виши.

               Как показывают эти примеры бальнеологические курорты с термальными и минеральными водами процветали как в античные времена, так и в наше время. Ну, а как обстоят дела с минеральными водами в России?

                Официальная история российских курортов началась почти три столетия назад, тогда Петр I дал наказ Сенату: «...Искать в нашем государстве ключевые воды». Далее выдержки из энциклопедии:

                «Если датой рождения курортного дела в России можно считать 24 июля 1717 года, когда император подписал Указ (№ 3092) о приискании в России минеральных вод, то курортология, как наука берет свое начало с 1719 года. После того как, выполняя указ Царя, доктор Шоберт нашел Марциальные воды в Карелии, были разработаны «дохтурские правила» – первые правила пользования минеральными водами, которые предписывали перед поездкой на воды посоветоваться с докторами, а при лечении оными выполнять напечатанные правила.

               Свое истинное развитие курортология получила в 1863 году – в Пятигорске было создано Русское бальнеологическое общество, деятельность которого была направлена на изучение гидроминеральных ресурсов страны и разработку методов бальнеолечения».

                «Много целебной воды утекло с тех пор. Курортология перестала быть эмпирической и сегодня, отправляя пациента на курорт, врач точно знает не только «что», но и «почему»  минеральные воды помогут восстановить здоровье».
На территории России по состоянию на 1.01.2008 г. в государственном балансе учтены запасы 845 месторождений минеральных вод в количестве 343,4 тыс.куб.м/сут. В санаториях России для бальнеопроцедур и питьевого лечения при лечении и профилактики широкого спектра болезней используют 42 типа природных минеральных вод.

                Минеральные воды разведаны в 73 из 89 субъектов Российской Федерации, при этом число месторождений изменяется от одного на Чукотке до 250 минеральных источников на территории Иркутской области. Самый известный курортный регион России – Кавказские Минеральные Воды. В небольшом по площади курортном регионе более 300 минеральных источников 24 различных типов. Один из городов-курортов региона – Пятигорск, –  называют «музеем минеральных вод», равного которого нет на планете. Особенно известны и ценны кисловодский «Нарзан», воды ессентукских источников № 4 и № 17, пятигорские углекислые, углекисло-сероводородные и радоновые воды, железноводские термы «Славяновская» и «Смировская».

                Приведем только один из самых эмоциональных отзывов о действии минеральных вод. «Серные воды во многих случаях делают просто чудеса, особенно в отношении ревматизмов. Я сам видел безногих, которые начинали ходить, разбитых параличом, которые теперь танцуют, покрытых золотушною корью и шапкою на голове, которые облупились теперь, как яичко, и стали почти красавцами», писал из Серноводска (Сергиевские Минеральные Воды)  летом 1848 г. известный славянофил, критик, поэт и публицист И.С. Аксаков. Сегодня самым известным курортом с месторождением сероводородных вод считается Мацеста (эффективное лечение псориаза). На данный момент Россия эксплуатирует  более 400 месторождений лечебных подземных вод.

                Несколько слов мне хотелось бы сказать о городе – курорте Пятигорск. Древнейшие археологические артефакты найденные в Пятигорье датируют III тыс. до н. э., а документированная история Пятигорска уходит корнями в 12-13 вв. Одно из первых упоминаний о местности Пять гор с источником горячей воды было сделано арабским путешественником Ибн Батутой в 1334 году.
 
                В 1780 по указанию Екатерины Второй началось строительство Константигорской крепости — одного из укреплений Азово-Моздокской оборонительной линии — на территории нынешнего района Новопятигорск. Этот год считается официальным годом основания Пятигорска. В 1820 году город впервые посетил А. С. Пушкин, писавший брату во время путешествия с семьей генерала Раевского:
«....Жалею, мой друг, что ты со мною вместе не видел великолепную цепь этих гор, ледяные их вершины, которые издали на ясной заре кажутся странными облаками, разноцветными и неподвижными.; жалею, что не всходил со мною на острый верх пятихолмного Бешту, Машука, Железной горы, Каменной и Змеиной».

                А спустя  21  год под Пятигорском произошла трагедия. 15 июля 1841 года у подножия горы Машук, состоялась дуэль между М. Ю. Лермонтовым и Н. С. Мартыновым. По существу это было убийство. Ф. И. Тютчев так отреагировал на это известие: «После смерти Пушкина и Лермонтова древо русской поэзии пошло в сучья».Что касается минеральных вод, то в «Герое нашего времени» Лермонтов описал нравы курорта и он даже сделал источник местом встречи Печерина и Грушницкого. Пятигорск упоминается и в романе Ильфа и Петрова «Двенадцать стульев». И, таким образом, не только заграничные, но и российские курорты тесно связаны с историей и культурой.

               Термальные воды и энергетика.

               Такие природные явления, как нагретые до температуры кипения подземные воды, мощные горячие и паровые гейзеры, просто напрашивались на промышленное использование. Как выяснилось, располагаются они вблизи границ литосферных плит и горячих точек. Часто соседствуют с проявлениями активного современного и древнего вулканизма. Однако на практике оказалось, что сделать это далеко не просто. Даже в таком, казалось бы простом вопросе, как классификация подземных вод возникают определенные трудности.

               Как свидетельствует Справочник гидрогеолога, изданный в 1979 году: «Опыт классификации подземных, вод по температуре, имеет более чем столетнюю историю. Созданы десятки классификаций. И несмотря на это к настоящему времени на равных правах претендовать на универсальность не может не одна. Все воды обладают той или иной температурой, а между тем критерии для отнесения вод к термальным или нетермальным различны и достаточно условны».

                Не смотря на это, природные термальные воды используются не только как лечебные, но и для получения тепловой энергии. В зависимости от температуры их используют или непосредственно (отопление жилых помещений, теплиц, купален, бассейнов и т.д.), или для получения электрической энергии. Идея практического использования пара кипящей вода пришла в голову человека еще в античное время. Считается, что первое устройство приводимое в движение паром описано Героном Александрийским в первом столетии н.э. Далее вплоть до  XVIII века было множества изобретений в разных странах так не нашедших своего применения.

             Пожалуй, первой практически работающей паровой машиной можно назвать устройство русского изобретателя И.И. Ползунова. В 1763 году он запроектировал, а 1764 году создал на уральских заводах исправно работающую паровую машину. И только спустя семь лет английский изобретатель Джеймс Уатт запатентовал свой вариант парового двигателя. Век пара продолжался почти двести лет, пока паровую машину потеснил двигатель внутреннего сгорания. Для его работы требовался бензин, и вскоре мир охватила нефтяная лихорадка. Продолжается она, по сей день.

               Масштабы потребления нефти и ее компонентов в качестве топлива достигли чудовищных масштабов и продолжают расти. А ведь нефтяные месторождения – не возобновляемый ресурс. Для его даже частичного восстановления требуется время в сотни лет. Эксперты предупреждают, что всех существующих запасов хватит только на 50 лет. Использовать нефтепродукты в качестве топлива крайне нерационально. Как образно сказал великий химик Д.Менделеев: «Сжигать нефть, это все равно, что топить ассигнациями». Кроме того, сжигая нефть, мы еще и загрязняем окружающую среду и в первую очередь атмосферу. Смог в крупных городах становится серьезной угрозой здоровью населения.

               Поэтому, во всем мире все больше уделяют внимание  использованию экологически чистых, возобновляемых источников энергии. К ним относится солнечная энергия, энергия ветра, морских волн и тепловая энергия земных недр. Прямое использование термальных вод связано со строительством ГеоТЭС. На них тепловую энергию преобразуют в электрическую. В целом, в упрощенной трактовке схема работы геотермальной электростанции выглядит следующим образом: сильно разогретые подземные воды или горячий пар от них подаются в специальное устройство, в котором при помощи теплообменника создается пар, который приводит в движение турбину, вырабатывающую электричество. После отдачи тепловой энергии отработанная вода закачивается обратно в скважину, полученное тепло направляется в магистральную тепловую сеть, выработанное электричество же – в региональную электросеть.

                Первая ГеоТЭС была построена в 1904 году в Италии (в небольшом городке Ландорелло), но промышленный ток дола только в 1911 году. Мощность ее постоянно росла за счет введения в строй новых агрегатов и сегодня составляет 360 тыс кВт. В настоящее время  ГеоТЭС построены и работаю в 25 странах. Больше всего их в США (77). Сейчас их суммарный вклад составляет всего 0.3% от общей выработки в стране электроэнергии, но продолжает увеличиваться.

                Зато в Исландии этот вклад самый высокий в мире. Из статьи И. Подгорного: «Интересно, что Исландия очень быстро перестроила свою энергетику: стране понадобилось всего 30 лет на то, чтобы перейти от угольной энергетики (а доля этого сектора когда-то доходила до 75%, причем уголь страна импортировала) к возобновляемой (геотермальной и гидро). Сейчас доля ВИЭ в Исландии превышает 80%.
Исландия планирует стать полностью независимой от углеводородной энергетики уже к 2050 году».  Кроме того за счет термальных вод Исландия - "страна льда" в дословном переводе - полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Практически не импортирует фрукты и овощи.

                В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность - 12 МВт. Уже в РФ, на Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 год).10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год - 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году - 360,687 млн кВт•ч. Станция полностью автоматизирована. 2002 год - введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс «Менделеевская ГеоТЭС» мощностью 3,6 МВт в составе энергомодуля «Туман-2А» и станционной инфраструктуры. 2007 год - ввод в эксплуатацию Океанской ГеоТЭС, расположенной у подножия вулкана Баранского на острове Итуруп в Сахалинской области, мощностью 2,5 МВт. Название этой электростанции связано с непосредственной близостью к Тихому океану. Готовится к вводу в эксплуатацию Менделеевская на о.Кунашир.

               Если говорить о перспективах РФ, опять процитирум И.Подгорного: «Потенциал использования геотермальной энергии в некоторых регионах России (например, на Камчатке) - огромен и способен полностью решить проблемы местной энергетики. Технические ресурсы геотермальной энергии России оцениваются в 11870 млн. т у.т. (условного топлива), что примерно в 10 раз превышает разведанные энергетические запасы органического топлива. По оценкам специалистов, за счет геотермальных ресурсов и новых технологий (геотермальные тепловые насосы и бинарные электрические станции) можно в ближайшие 10 - 15 лет сократить на 20 - 30% потребление органического топлива в стране». Поясним: Бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемый для вращения турбины.

               
             У развития геотермальной энергетики есть свои сложности. Как правило, для постройки электростанций требуются весьма большие капиталовложения, которые медленно окупаются. Термальные воды большинства месторождений имеют высокую минерализацию, содержат токсичные химические соединения, что исключает сброс отработанных вод в открытые водоемы.





 


.